우리가 알지만 알쏭달쏭한 배터리 이야기
아침에 일어나 눈을 뜨면서 잠자리에 들어 눈을 감을 때까지 스마트폰을 손에 놓지 못하는 현대인들에게 있어 배터리는 중요한 선택 요소다. 배터리 용량이 늘어나면서 사용 중간에 충전하는 경우는 줄었지만 보조배터리 하나쯤은 들고다녀야 방전 불안감에서 해방된다.
최근 출시된 삼성전자의 갤럭시노트9은 3000mAh를 넘어 4000mAh에 달하는 대용량 배터리를 탑재했다. 6.4인치 대화면에 동영상, 게임, 음악 스트리밍, 검색, 앱 구동 및 카메라, 센서 등 다양한 작업환경에서 웬만해선 재충전할 필요가 없을 정도다.
애플은 배터리 용량을 표기하지 않지만 5.5인치 LCD 아이폰8 플러스가 2675mAh, 5.8인치 OLED 아이폰X가 2716mAh인 것으로 알려졌다. 삼성 프리미엄 스마트폰에 비해 용량은 다소 적지만 최적화된 배터리 관리 시스템을 통해 배터리 성능을 극대화 한다. 그럼에도 비슷한 사용 환경에서는 추가 재충전이 필요하다.
그렇다면 배터리는 어떤 환경에서 더 많이 소모되고 방전에 이르는 것일까.
블루투스나 와이파이를 사용하면 20% 더 빨리 배터리가 줄어든다는 등 특정 환경에서 배터리 수명이 빠르게 줄어든다는 이야기들은 사용자를 불안하게 만들기에 충분하다. 이 때문에 가정이나 회사 전원, 또는 보조배터리에 하루종일 연결해 충전한다거나 사용하지 않는 일정시간 동안 전원을 아예 꺼버리는 행위 등 막상 의미가 없는 행동이더라도 한번쯤 배터리 보존을 위한 몸부림을 쳤던 기억들이 있었을 것이다.
일상에서 여러 배터리 루머를 모은 와이어드는 배터리 전문가 영국 케임브리지 대학 켄트 그리피스 박사와 함께 과학적인 해명을 듣고 진실 혹은 거짓으로 분류했다.
■ 배터리 완충 100%여도 충전을 계속할 수 있다?
디스플레이에 표시되는 100% 충전표시보다 조금 더 충전할 수 있는 여유가 있는 것은 사실이다. 하지만 대부분 기술적으로 완벽한 100% 충전을 허용하지 않도록 만든다. 자칫 배터리 수명을 획기적으로 줄어들게 만들 수 있기 때문이다.
배터리는 완전 충전이 무한 유지 되는 것이 아니라 충전할 때마다 물리적으로 배터리 내부 손상을 일으켜 사용연한이나 사용 가능한 충전량을 점차 감소시킨다.
애플의 배터리 게이트처럼 노후된 스마트폰의 배터리 사용이 기기 활용에 제한을 미치도록 소프트웨어를 조작하는 것은 어쩌면 안전한 기기 작동을 유지하기 위한 나름의 조처였을지 모르지만 일반 사용자에게 배터리 수명에 대한 이해를 시키는 노력이 더 필요했다는 점에서 비판 받은 방식이었다.
이 문제를 이해하려면 배터리가 어떻게 기능하고 있는지를 알 필요가 있다. 스마트 폰이나 노트북, 전기 자동차에 사용되는 같은 리튬 이온 배터리의 중심은 두 층으로 구성된다.
하나는 리튬코발트산화물(LiCoO2)이고 다른 하나는 흑연(Graphite)이다. 배터리 충전시 양극의 리튬코발트산화물이 층상구조인 음극의 흑연 사이에 스며드는데 이때 양극과 음극의 전압차가 발생하면서 에너지가 생겨나 전자기기를 구동한다.
배터리 수명과 충전 사이클의 문제로 돌아가 보자. 리튬코발트산화물에서 여러번 리튬 이온을 이동시키면 층 구조 전체에 문제를 일으킨다. 리튬 이온이 음극으로 과하게 이동하면 음극 내부에 미처 들어가지 못하는 경우가 생기고, 표면에 남아 전해질과 반응해 자연소모된다. 배터리 수명이 줄어드는 주요 원인중 하나다.
영국 케임브리지 대학에서 에너지 저장 관련 연구를 하고 있는 켄트 그리피스 박사는 “리튬 이온 배터리 물질의 원자 구조는 모든 리튬이 제거되면 불능 상태에 빠져버린다”며 “건물을 받치고 있는 대들보를 제거해 버리는 것과 같다”고 강조했다.
따라서 배터리는 충전 할 수 있는 양에 제한을 둔다. 즉, 제조사들은 화면에 표시되는 100%보다 더 많은 충전을 할 수 있지만 리튬 이온 손실을 줄이기 위해 충전량을 임의로 제한하는 경우다.
일반 충전이나 고속충전의 경우도, 인증 어댑터를 사용하지 않으면 이같은 리튬 이온 손실이 지나치게 커져 배터리 수명이 짧아지거나 화재가 발생할 수 있다는 제조사들의 지적이 어느정도 합당한 이유다. [진실!]
■ 와이파이 및 블루투스 연결을 하면 배터리 수명이 줄어든다?
배터리 수명을 줄이는 다양한 요인이 있지만 와이파이와 블루투스 등의 무선 네트워크는 스마트폰이 배터리를 소모하게 만드는 요인 중 하나다.
지하철이나 버스, 도심의 공공 와이파이, 카페나 대형마트의 와이파이를 사용하다보면 네트워크나 스마트폰이 느려지는 경험을 한 번쯤 해봤을 것이다. 지원하는 네트워크 속도나 다중이 동시에 접속하는 이유 등이 있겠지만 이 과정에서 스마트폰은 네트워크에 연결하기 위해 배터리를 빠르게 소모한다.
그리피스 박사는 “공공 네트워크에 연결할 때, 화면의 밝기를 낮추거나 절전 모드로 전환하는 방법으로 배터리 수명을 연장시킬 수 있다”고 말했다. [진실!]
■ 스마트폰 전원을 끄면 배터리 수명이 연장된다?
스마트폰 배터리를 완전 방전 시킨 뒤 충전해야 해야 좋다는 이야기는 하나의 낭설이지만, 전혀 근거가 없는 것은 아니다. 과거 니켈 수소 배터리는 리튬 이온 배터리와 함께 주요 전자기기의 배터리로 선택 사용됐다. 문제는 니켈 수소 배터의 경우 전력을 모두 소모한 뒤 충전 완전충전하지 않으면 배터리가 얼마나 남아있는지 정확하게 읽을 수 없었다는 점이다.
그리피스는 “만약 절반 정도만 사용하고 재충전하면 배터리 잔량을 알 수 없다. 잘 사용하는 방법은 일단 배터리를 완전히 소모한 뒤 충전해야 한다”고 말했다.
이와 달리 리튬 이온 등 최근의 배터리는 상시 충전 레벨을 확인할 수 있다. 기기를 사용하고 있는 것이 아니라면 전원을 끄고 있는 것과 큰 차이가 없다. 배터리를 일부러 방전시키거나 전원을 끌 필요가 없다. [거짓!]
■ 정품이 아닌 충전기는 배터리에 부정적인 영향을 미친다?
모든 충전기가 모든 제품에 최적화되어 있는 것은 아니다. 스마트폰 제조사의 인증된 정품 충전기가 아니라면, 배터리에 충분히 악영향을 미칠 수 있다. 특정 제품에 최적화된 충전기는 해당 제품에 맞게 전압을 관리하고 과충전이 되지 않도록 차단한다. 정품이 아닌 충전기때문에 스마트폰 배터리가 부풀어 오르는 스웰링 현상 또는 화재가 발생하는 경우가 종종 있다.
제조업체 관계자에 따르면, 비정품/비인증 충전기 사용으로 인해 과전류, 과부하, 과전압 등 필요 이상의 전류가 공급된다면 앞서 설명한 것처럼 배터리에 치명적인 손상이 발생한다.
그리피스는 “모든 비정품 충전기가 나쁘다고 할 수는 없지만, 제조사의 순정품을 사용하는 편이 좋다”고 말한다.
한 글로벌 스마트폰 제조업체 관계자에 따르면, 사용자가 비정품/비인증 충전기 사용으로 인해 배터리 손상이 발생할 경우, 원칙적으로 순정품을 사용하지 않은 책임 유무를 어느정도 확인할 수 있다고 한다.
실제 순정품을 사용하지 않은 경우 A/S나 피해보상을 받지 못하는 경우가 많아 비정품을 사용하고도 이를 확인할 방법이 없다는 점을 들어 제조사에 책임을 묻게되는데, 일부 제조사의 경우 ‘비공식’적으로 사용자가 정품을 사용했는지 여부를 알 수 있는 ‘트릭’을 정품 충전기에 심어놓기도 한다고 한다. [진실!]
■ 컴퓨터에 연결해 충전하면 배터리에 영향을 미친다?
PC나 노트북 등 컴퓨터 USB 포트를 이용해 충전하는 경우가 종종 있다. 일반 전원 어댑터를 이용한 충전기보다 충전시간이 더 오래걸린다는 불편함은 있지만, 오히려 도로에서 모든 차들이 서행하는 경우 사고가 일어날 확률이 낮아지는 것처럼 배터리 충전에도 숨통이 트인다.
그리피스는 외려, 조금씩 그리고 천천히 충전되는 것이 배터리를 건강하게 유지할 수 있다고 강조한다.
서서히 충전할 수 있다면, 리튬 이온의 부담은 가벼워지고 내부 구조도 부하를 허용 할 수 있는 수준이 된다. 특히 배터리 손상을 줄여준다. 이 때문에 정상적인 충전기는 과전류, 과부하, 과전압 등이 발생하지 않도록 제작된다.
급속충전이 등장한 것은 스마트폰의 더 많은 사용과 바빠진 일상때문이라는 점에서 완속충전은 ‘슬로우 라이프’에 어느정도 도움이 되지 않을까. [거짓!]
■ 충전할 때는 배터리 잔량 0%까지 소진하고 충전해야 한다?
이상하게 생각할 수 있지만 배터리가 가장 피해를 볼 때는 완전 충전 상태 또는 완전 방전 상태다.
배터리 컨디션이 가장 좋을 때는 50% 충전된 상태다. 즉 리튬 이온의 절반이 리튬코발트산화물 층에 있고, 나머지 절반이 흑연 층에 가있을 때다. 이 균형이 배터리에 있어서는 긴장을 완화시키고 충전 횟수(수명)를 늘리게 한다.
만약 여러분이 매우 진지하게 배터리 수명을 연장시키고 싶다면 충전량을 20~80% 수준으로 유지하는 것이 좋은 방법이다. 그러면 각 구조에 담긴 대용량 리튬 이온이 이동하는 시간을 극한까지, 각각의 층이 부풀어오르는 부담도 억제할 수 있다.
다만 그리피스는 “이렇게 사용한다면 막상 배터리 사용 능력이 50%밖에 안된다는 점에서 사용자는 스트레스를 받게 될 것”이라며, 이런 생각이 든다면 권장하지 않는다고 말했다. [거짓!]
■ 기온이 낮은 곳에서는 배터리가 제 성능을 발휘하지 못한다?
사실, 그 반대다. 그리피스는 “기온이 낮은 상태에서 배터리를 사용하거나 배터리를 차가운 상태로 두는 것이 수명 측면에서 더 좋다”고 말한다.
올 여름처럼 폭염으로 무덥거나 더운 공간에 배터리를 놓아 두는 것은 수명을 단축시키는 요인이 된다. 그리피스는 “배터리는 뜨겁게 하지 않는 편이 좋다. 충전 중일 때 배터리가 뜨거워지는 것도, 직사광선이 닿는 곳이나 차 안에 놓아 두는 것도 좋지 않다”면서 서늘한 환경을 유지할 것을 권장했다.
그렇다면 배터리는 왜 열을 싫어할까. 원인은 리튬코발트산화물과 흑연의 층 사이를 메우고 두 성분이 직접 닿지 않도록 하는 전해질에 있다. 리튬 이온이 양 측을 이동할 수 있도록 해 배터리의 중요한 구조라고 할 수 있다.
하지만 온도가 높아지면 이 전해질은 쉽게 망가지기 시작해 수백 회의 충전이 가능한 배터리 성능에 손상을 주게 된다. 최근 주목받고 있는 친환경 전기차의 경우 하루종일 내리쬐는 햇볕에 노출되기 때문에 리튬 이온 배터리 성능에 영향을 미치는 주요한 문제가 되고 있다. 그러나 스마트폰의 경우에는 주로 실내 온도 범위를 유지하고 있으면 성능에 별다른 영향을 미치지 않는다. [대체로 거짓!]
■ 충전기나 전원 어댑터 상시 연결 상태는 전기 낭비?
충전기를 비롯해 여러 연결장치는 스마트폰에 연결되어 있지 않으면 전원 사용이 불가능하거나 공급받지 못한다.
TV나 노트북은 거의 상시적으로 전원에 연결되어 사용된다. 전기를 아끼기 위해 외출시나 여행시 냉장고 등 필수 가전을 제외하고 모든 전원을 차단시키는 경우가 있다. PC나 노트북도 오랫동안 사용하지 않은면 저전력 대기모드로 전환되는 등 에너지 효율 제품이 늘고 있다. 소량의 전기여서 영향은 미미하지만 아끼는 것이니 전력을 아예 차단하거나 전원을 끄는 것이 나쁠 것은 없다.
과거에는 전원에 연결된 전자제품에서 겉돌거나 빠져나가는 전기가 가구의 평균 전력 사용량의 10%를 차지할 정도로 높았지만 근래에는 전력효율이 높고 과전 등을 방지하는 제품들이 늘어나면서 극소량으로 감소하고 있다. [대체로 거짓!]
■ 완충 100% 상태에서 계속 충전시키면 배터리 손상?
앞서 배터리 충전 100% 환경에서도 여분의 충전이 진행된다고 설명했다. 밤새도록 충전기를 연결해 충전량을 지속적으로 100%로 유지하는 것은 좋은 방법은 아니다. 하지만 이로인해 과충전 위험이 발생한다는 얘기는 아니다.
최신 스마트폰 운영체제와 충전 어댑터는 기기에 100% 충전 표시가 되는 지점에서 자동으로 과충전이 되지 않도록 제어한다. 하지만 와이파이나 자동 업데이트, 잠금화면 등이 조금이라도 동작하면 소비된만큼 충전이 다시 시작된다. 문제는 충전량을 100%로 유지하고 있다는 점이다. 과부화가 걸리는 임계점 상태가 유지된다는 이야기다.
그리피스는 “좋은 일은 아니다. 하지만 제조사가 과부하가 걸리지 않도록 시스템으로 제어 했기 때문에 실제 영향을 미치지는 않는다”고 말했다. [대체로 진실!]
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